基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法與流程

2023-10-17 17:54:49

本發明涉及電力系統運行技術領域，具體涉及一種基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法。

背景技術：

戶用分布式光伏作為一種特殊的分布式發電形式可直接為電網末端用戶供電，其不僅滿足了居民日益增長的用電需求，緩解了配電網峰荷壓力，同時也推動了清潔能源的發展。然而，分布式光伏併網引起的雙向潮流也增加了電力運行管理與調度的複雜性，隨著分布式光伏接入配電網逐漸增多，其消納能力越來越受到人們關注。

需求響應DR(demand response)是指電能終端用戶在電力供應市場成本較高或在系統可靠性受到損害時，接受供電公司的價格引導或經濟激勵，改變用電消費模式，從而獲得經濟效益的一種用電方式。需求響應通過電價或激勵的措施，鼓勵用戶改變自身的用電方式，積極調動用戶對反應分布式光伏出力的價格指標改變用電行為以實現負荷轉移的目標，促進分布式光伏的就地消納，延緩或避免輸配電網設備改造投資，在原有電網架構基礎上實現電力供需平衡，提高配電網供電能力。需求側資源在促進可再生能源消納方面有廣闊的應用前景，但是目前單單依靠電價還很難充分發揮需求側資源促進可再生能源消納的作用。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法及裝置，通過構建分時電價環境下負荷時序模型，並將負荷響應概率矩陣引入負荷時序模型中，以此來反映負荷響應的不確定性，避免了直接引入價格彈性係數所導致的誤差。

為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法，包括：

構建分時電價環境下的負荷時序模型；

將主動負荷響應概率矩陣引入至構建好的負荷時序模型中，得到包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型；

構建分布式光伏消納數學模型；

根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，採用遺傳算法獲取分布式光伏最大消納量。

進一步地，所述構建分時電價環境下的負荷時序模型，包括：

構建如下的分時電價環境下的負荷時序模型：

Li＝L0(i)+λ(i,1)·L0(i)+λ(i,2)·L0(i)+…+λ(i,24)·L0(i) i＝1,2,…24；

其中，

其中，ei,j表示j時刻電價的變化引起i時刻負荷的變化量；L0(i)、L(i)分別表示為實行分時電價前後負荷在i時刻的需求量，P0(j)、P(j)分別表示為j時刻實行分時電價措施前後的電價；當i≠j時，ei,j為負荷本時段的負荷電價彈性，即自彈性係數；當i≠j時，ei,j為負荷跨時段負荷電價彈性，即互彈性係數；λ(i,j)表示由於實施分時電價，i時刻的負荷受j時刻電價影響的用電量變化率。

進一步地，所述將主動負荷響應概率矩陣引入至構建好的負荷時序模型中，得到包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，包括：

將主動負荷響應概率矩陣P引入至構建好的負荷時序模型中，得到考慮用戶響應不確定性的主動負荷時序模型：

L'＝L0+P·λ·L0；

其中，分時電價環境下的負荷時序模型的矩陣形式為：L'＝L0+λ·L0；

其中，矩陣元素Pij表示由j時刻負荷向i時刻轉移的概率。

進一步地，所述構建分布式光伏消納數學模型，包括：

構建最大消納量模型的目標函數為：

其中，Ptg是在第t個時段第g個分布式光伏所發出的功率；Nt為1天中時段的個數；NG為分布式光伏的個數；該目標函數用於評估配電網分布式光伏的總消納量。

進一步地，所述根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，採用遺傳算法獲取分布式光伏最大消納量，包括：

根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，通過遺傳算法進行最優潮流計算，得到基於主動負荷互動響應的分布式光伏的最大消納量。

第二方面，本發明還提供了一種基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估裝置，包括：

第一構建模塊，用於構建分時電價環境下的負荷時序模型；

參數引入模塊，用於將主動負荷響應概率矩陣引入至所述負荷時序模型中，得到包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型；

第二構建模塊，用於構建分布式光伏消納數學模型；

獲取模塊，用於根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，採用遺傳算法獲取分布式光伏最大消納量。

進一步地，所述第一構建模塊，具體用於：

構建如下的分時電價環境下的負荷時序模型：

Li＝L0(i)+λ(i,1)·L0(i)+λ(i,2)·L0(i)+…+λ(i,24)·L0(i) i＝1,2,…24；

其中，

其中，ei,j表示j時刻電價的變化引起i時刻負荷的變化量；L0(i)、L(i)分別表示為實行分時電價前後負荷在i時刻的需求量，P0(j)、P(j)分別表示為j時刻實行分時電價措施前後的電價；當i≠j時，ei,j為負荷本時段的負荷電價彈性，即自彈性係數；當i≠j時，ei,j為負荷跨時段負荷電價彈性，即互彈性係數；λ(i,j)表示由於實施分時電價，i時刻的負荷受j時刻電價影響的用電量變化率。

進一步地，所述參數引入模塊，具體用於：

將主動負荷響應概率矩陣P引入到所述負荷時序模型中，得到考慮用戶響應不確定性的主動負荷時序模型：

L'＝L0+P·λ·L0；

其中，分時電價環境下的負荷時序模型的矩陣形式為：L'＝L0+λ·L0；

4中，矩陣元素Pij表示由j時刻負荷向i時刻轉移的概率。

進一步地，所述第二構建模塊，具體用於：

構建最大消納量模型的目標函數為：

其中，Ptg是在第t個時段第g個分布式光伏所發出的功率；Nt為1天中時段的個數；NG為分布式光伏的個數；該目標函數用於評估配電網分布式光伏的總消納量。

進一步地，所述獲取模塊，具體用於：

根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，通過遺傳算法進行最優潮流計算，得到基於主動負荷互動響應的分布式光伏的最大消納量。

由上述技術方案可知，本發明提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法及裝置，通過構建分時電價環境下負荷時序模型，並將負荷響應概率矩陣引入負荷時序模型中，以此來反映負荷響應的不確定性，避免了直接引入價格彈性係數所導致的誤差。在此基礎上得到的基於主動負荷的分布式光伏消納能力的評估方法，不僅有助於分布式光伏的發展，從源頭解決棄光問題，還可為系統調度提供有益的參考，從運行控制層面緩解光伏接納所帶來的影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例一提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法的流程圖；

圖2是本發明實施例五提供的基於遺傳算法的最大消納量的求解示意圖；

圖3是IEEE 33-bus系統結構圖；

圖4是本發明實施例六提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

針對現有技術中存在的問題，本發明考慮到主動負荷響應的不確定性，通過採用主動負荷響應概率矩陣，近似反映用戶響應行為的隨機性和主觀性，避免了現有研究未考慮用戶響應的不確定性而引起的誤差。在此基礎上，採用遺傳算法對模型進行最優潮流計算，得到計及主動負荷互動響應情況下分布式光伏的最大消納量，使得分布式光伏消納能力評估方法的研究更具全面性和準確性。下面將通過實施例一至實施例六對本發明提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法及裝置進行詳細介紹。

圖1示出了本發明實施例一提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法的流程圖，參見圖1，該方法包括如下步驟：

步驟101：構建分時電價環境下的負荷時序模型。

步驟102：將主動負荷響應概率矩陣引入至構建好的負荷時序模型中，得到包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型。

步驟103：構建分布式光伏消納數學模型。

步驟104：根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，採用遺傳算法獲取分布式光伏最大消納量。

由上面描述可知，本實施例提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法，通過構建分時電價環境下負荷時序模型，並將負荷響應概率矩陣引入負荷時序模型中，以此來反映負荷響應的不確定性，避免了直接引入價格彈性係數所導致的誤差。在此基礎上得到的基於主動負荷的分布式光伏消納能力的評估方法，不僅有助於分布式光伏的發展，從源頭解決棄光問題，還可為系統調度提供有益的參考，從運行控制層面緩解光伏接納所帶來的影響。

進一步地，在本發明實施例二中，給出上了上述步驟101的一種具體實現方式。

在本實施例中，上述步驟101具體包括：

構建如下的分時電價環境下的負荷時序模型：

Li＝L0(i)+λ(i,1)·L0(i)+λ(i,2)·L0(i)+…+λ(i,24)·L0(i) i＝1,2,…24；

其中，

其中，ei,j表示j時刻電價的變化引起負荷在i時刻的變化量，L(i)，P(j)表示分時在i時刻的實際負荷和實際電價，L0(i),P0(j)分別表示未實行分時電價的j時刻的原始負荷和原始電價；當i＝k時，ei,j為負荷本時段的負荷電價彈性，即自彈性係數；當i≠k時，ei,j為負荷跨時段負荷電價彈性，即互彈性係數；λ(i,j)表示由於實施分時電價，i時刻的負荷受j時刻電價影響的用電量變化率；L(i)表示在假設分時電價的時段長度為1h時，24h時間範圍內的負荷。

在本實施例中，根據經濟學原理，電力負荷的彈性係數表示在一定時期內電能價格變化所應引起的用戶用電需求量變化的百分比負荷電價彈性，定義如下式(1)所示:

其中，ei,j表示j時刻電價的變化引起i時刻負荷的變化量；L0(i)、L(i)分別表示為實行分時電價前後負荷在i時刻的需求量，P0(j)、P(j)分別表示為j時刻實行分時電價措施前後的電價；當i≠j時，ei,j為負荷本時段的負荷電價彈性，即自彈性係數；當i≠j時，ei,j為負荷跨時段負荷電價彈性，即互彈性係數；

假設分時電價的時段長度為1h，則考慮到其他時段電價的影響，在24h時間範圍內的負荷為：

令λ(i,j)表示由於實施分時電價，i時刻的負荷受j時刻電價影響的用電量變化率，則有

由式(2)、(3)可得基於分時電價作用機理的負荷響應模型：

Li＝L0(i)+λ(i,1)·L0(i)+λ(i,2)·L0(i)+…+λ(i,24)·L0(i) i＝1,2,…24 (4)

寫成矩陣形式為，

L'＝L0+λ·L0 (5)

其中，

進一步地，基於上述實施例二，在本發明實施例三中給出上了上述步驟102的一種具體實現方式。

在本實施例中，上述步驟102具體包括：

將主動負荷響應概率矩陣P引入至步驟101構建好的負荷時序模型中，得到考慮用戶響應不確定性的主動負荷時序模型：

L'＝L0+P·λ·L0；

其中，矩陣元素Pij表示由j時刻負荷向i時刻轉移的概率。

由於人類社會的活動具有很強的隨機性，電力負荷也因此而產生強隨機性波動。各種活動相對獨立，所引起的負荷隨機變化具有二項分布特性，由此本實施例提出主動負荷響應概率矩陣，矩陣元素由負荷響應概率構成，服從參數為p的二項分布。矩陣元素Pij表示由j時刻負荷向i時刻轉移的概率。由於智能電網和高級量測體系的發展使用戶的信息能夠雙向流動，p可通過智能電網量測系統對不同負荷節點的用電特徵統計得出。具體表述如下：

將主動負荷響應概率矩陣P引入到負荷時序模型中，得到考慮用戶響應不確定性的主動負荷時序模型：

L'＝L0+P·λ·L0 (8)

進一步地，在本發明實施例四中，給出上了上述步驟103的一種具體實現方式。

在本實施例中，上述步驟103具體包括：

構建最大消納量模型的目標函數為：

其中，Ptg是在第t個時段第g個分布式光伏所發出的功率；Nt為1天中時段的個數；NG為分布式光伏的個數；該目標函數用於評估配電網分布式光伏的總消納量。

由於分布式光伏接入配電網所造成的影響主要體現在電壓分布方面，故本發明主要考慮電壓約束：

Vmin≤Vi≤Vmax (10)

其中Vmin取0.95，Vmax取1.07。

進一步地，在本發明實施例五中，給出上了上述步驟104的一種具體實現方式。

在本實施例中，上述步驟104具體包括：

根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，通過遺傳算法進行最優潮流計算，得到基於主動負荷互動響應的分布式光伏的最大消納量。

在本實施例中，通過遺傳算法進行最優潮流計算，得到計及主動負荷互動響應情況下分布式光伏的最大消納量，求解流程如圖2所示。

最後，以IEEE33-bus配電網為例，闡述本發明實施例提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法的工作過程。IEEE33-bus配電網的結構圖如圖3所示。分布式光伏和主動負荷待選安裝節點編號為1～32，共32個節點，分布式光伏和且最大接入數目為2個。具體的步驟如下：

a.在節點15,31或17,32同時接入分布式光伏電源和主動負荷。

b.取美國PJM電力市場LMP提前1d電價(數據來源於Eastern Hub)及負荷數據為例進行分析。

c.將這上述因素進行組合，得到總樣本。

d.對樣本進行最優潮流計算，最終得到最優結果。

從上面描述可知，本發明提供的光伏消納能力評估方法過程易於理解，通過構建分時電價環境下負荷時序模型，並將負荷響應概率矩陣引入負荷時序模型中，以此來反映負荷響應的不確定性，避免了直接引入價格彈性係數所導致的誤差。在此基礎上得到的計及主動負荷的分布式光伏消納能力的評估方法，不僅有助於分布式光伏的發展，從源頭解決棄光問題，還可為系統調度提供有益的參考，從運行控制層面緩解光伏接納所帶來的影響。

本發明實施例六提供了一種基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估裝置，參見圖4，該裝置包括：第一構建模塊41、參數引入模塊42、第二構建模塊43和獲取模塊44；其中：

第一構建模塊41，用於構建分時電價環境下的負荷時序模型；

參數引入模塊42，用於將主動負荷響應概率矩陣引入至所述負荷時序模型中，得到包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型；

第二構建模塊43，用於構建分布式光伏消納數學模型；

獲取模塊44，用於根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，採用遺傳算法獲取分布式光伏最大消納量。

進一步地，所述第一構建模塊41，具體用於：

構建如下的分時電價環境下的負荷時序模型：

Li＝L0(i)+λ(i,1)·L0(i)+λ(i,2)·L0(i)+…+λ(i,24)·L0(i) i＝1,2,…24；

其中，

其中，ei,j表示j時刻電價的變化引起i時刻負荷的變化量；L0(i)、L(i)分別表示為實行分時電價前後負荷在i時刻的需求量，P0(j)、P(j)分別表示為j時刻實行分時電價措施前後的電價；當i≠j時，ei,j為負荷本時段的負荷電價彈性，即自彈性係數；當i≠j時，ei,j為負荷跨時段負荷電價彈性，即互彈性係數；λ(i,j)表示由於實施分時電價，i時刻的負荷受j時刻電價影響的用電量變化率。

進一步地，所述參數引入模塊42，具體用於：

將主動負荷響應概率矩陣P引入到所述負荷時序模型中，得到考慮用戶響應不確定性的主動負荷時序模型：

L'＝L0+P·λ·L0；

其中，分時電價環境下的負荷時序模型的矩陣形式為：L'＝L0+λ·L0；

其中，矩陣元素Pij表示由j時刻負荷向i時刻轉移的概率。

進一步地，所述第二構建模塊43，具體用於：

構建最大消納量模型的目標函數為：

其中，Ptg是在第t個時段第g個分布式光伏所發出的功率；Nt為1天中時段的個數；NG為分布式光伏的個數；該目標函數用於評估配電網分布式光伏的總消納量。

進一步地，所述獲取模塊44，具體用於：

根據所述包含主動負荷響應概率矩陣的負荷時序模型，以及構建的分布式光伏消納數學模型，通過遺傳算法進行最優潮流計算，得到基於主動負荷互動響應的分布式光伏的最大消納量。

本發明實施例提供的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估裝置，可以用於執行上述實施例一至實施例五所述的基於主動負荷互動響應的分布式光伏消納能力評估方法，其原理和技術效果類似，此處不再贅述。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用於說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。